准噶尔盆地乌伦古南斜坡带铀成矿远景分析

吴兆剑，李紫楠，韩效忠*，季 辉，殷栋法，李 杨

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；2.中煤地质集团有限公司北京地质调查分公司，北京 100040)

自从上世纪水成铀矿理论传入我国以来，准噶尔盆地一直作为我国的砂岩型铀矿找矿的重点工作区，并开展了大量工作[1-4]。其周缘盆地诸如伊犁盆地、吐哈盆地等早已发现多个大中型砂岩型铀矿床，但准噶尔盆地一直未有较大突破。近年来，随着中国地质调查局铀矿工程的实施，一批铀矿(化)点被陆续揭露，特别是在盆地东缘喀木斯特地区，头屯河组底部稳定发育具有工业意义的铀矿体[5-7]，这预示着准噶尔盆地铀矿找矿取得了重大突破。但该区目前面临两个问题：①铀矿体的延伸问题，铀矿体是沿着北东缘岩体展布[7]，还是呈近东西向向盆内腹地展布；②铀矿勘查核心区地处卡拉麦里有蹄类野生动物自然保护区，而勘查工作的开展不可避免会对保护区环境产生不良影响。基于此，本文对喀木斯特地区所处的乌伦古南斜坡带进行铀成矿条件分析和成矿前景预测，以期对准噶尔盆地北东部铀矿勘查提供部分勘查思路和理论依据。

1 地质概况

1.1 大地构造背景

准噶尔地块是欧亚大陆的重要组成部分，北邻西伯利亚板块，西接哈萨克斯坦板块，南邻塔里木地块，处于阿尔泰褶皱带、西准噶尔褶皱带、东准噶尔褶皱带和北天山(依林黑比尔根山)褶皱带夹持的三角地带(图1)。盆地是叠加在先期古亚洲洋构造域演化基础上的古生代以来的复合型盆地，具有海西、印支、燕山等多期构造挤压、多期构造旋回和多期沉积发展的演变特征[8-11]。二叠纪以来，准噶尔地块处于板内盆地发展与改造时期，经历了印支期隆坳分异、统一盆地形成与燕山期前陆盆地叠加，喜马拉雅运动整体对坳陷的基本构造格局影响不大[12-14]。

图1 准噶尔盆地构造纲要图(据参考文献[4,15])Figure 1 Structural outline map of Junggar Basin (after references [4] and [15])

1.2 构造单元划分

根据晚海西期盆地隆坳构造格局以及印支、燕山、喜马拉雅运动对盆地构造改造作用，前人将准噶尔盆地划分为乌伦古坳陷、陆梁隆起、中央坳陷、西部隆起、东部隆起和天山山前造山带等6个二级构造单元[11,16]，其中乌伦古坳陷进一步划分为索索泉凹陷和红岩断阶带，这是目前广为接受的构造单元划分方案，而喀木斯特地区位于陆梁隆起滴北凸起。近年来，部分学者基于中生代沉积样式和构造变形特征对乌伦古坳陷进行重新划分，将陆梁隆起滴北凸起、三个泉凸起东段等划属乌伦古南斜坡[14,17-18](图2b)。据下文即将讨论的地震剖面和地层特征可知，乌伦古南斜坡和乌伦古坳陷在二叠世以来，大致作为一个整体进行沉积，其地层具有南高北低的盆内隆缘式沉积特征，具备铀成矿的初始条件。为更形象直观的理解该区铀成矿过程，本文使用后一种构造分区方法。

a-准噶尔盆地北部构造单元划分(据参考文献[16])； b-乌伦古坳陷构造单元划分图(据[14,17,18]修改)图2 构造单元划分Figure 2 Structural element partitioning

2 沉积特征

2.1 喀木斯特地区目的层沉积特征

喀木斯特地区位于乌伦古南斜坡带东部(图2b)，自下而上发育八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t)和下白垩统吐谷鲁群(K1tg)。八道湾组为高可容空间里沉积的一套冲积扇-辫状河三角洲沉积，其下部常为厚层冲积扇砂岩、砾状砂岩、砂砾岩，向沉积中心过渡为泥岩，上部随着可容空间的降低，沉积辫状河三角洲砂岩夹泥岩和煤层。三工河组为一套浅水环境曲流河-曲流河三角洲-湖相沉积，下部沉积砂岩、砾状砂岩夹泥岩层，而上部为区域性的湖泛面，沉积厚层灰色泥岩。西山窑期，随着可容空间的进一步减小，盆地边缘开始发育河流下切作用，沉积一套辫状河-三角洲相煤系地层，下部为厚层砂岩，上部为灰色泥岩、粉砂岩、薄层砂岩和煤层组成。头屯河期，受北天山断裂带和喀拉萨依断裂带右行走滑[19]导致的压扭作用影响，盆地东缘发生逆冲作用，头屯河组与西山窑组间发育不整合面。随着地层的抬升和可容空间的减少，头屯河组发育一套辫状河-曲流河沉积，下部以辫状河沉积为主，发育黄绿色、灰褐色砾岩、砂岩和灰绿色泥岩、粉砂岩；上部以曲流河沉积为主，发育红褐色粗砂岩、粉砂岩、泥岩。盆地大部分地区由于挤压抬升，在齐古期未接受沉积，而喀木斯特地区在齐古期沉积了一套干旱-半干旱环境的曲流河-洪泛平原沉积，岩性主要以紫红色、褐红色泥岩、砂质泥岩为主，夹薄层中细粒砂岩、紫色砂质泥岩。垂向上表现出明显的黑-灰-杂三段式展布(图3)。

图3 喀木斯特地区综合柱状图Figure 3 Comprehensive column of Kamst area

2.2 乌伦古南斜坡带目的层沉积特征

油田部门对准噶尔盆地中生代地层厚度、砂体厚度、砂地比等进行统计分析并绘制了相应组段的沉积体系图[20]。由图4可知，铀成矿目的层头屯河组下段在准噶尔盆地北部主要发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲和滨浅湖亚相沉积[20]。其中乌伦古南斜坡带西段受哈拉阿拉特山前沉积体系和德伦山冲积扇沉积体系控制，发育辫状河-辫状河三角洲沉积；斜坡带东段主要受克拉美丽山前沉积体系控制，发育辫状河-辫状河三角洲-滨浅湖沉积，沉积体系近E-W向展布；而斜坡带中段目的层遭受剥蚀。总体而言，乌伦古南斜坡带头屯河组以冲积扇和辫状河为主，砂体较为发育，泛连通性良好，是良好的铀矿找矿目的层。

3 构造演化过程

准噶尔盆地是建立在二叠纪裂陷盆地的基础上、经历多期次构造运动的震荡型盆地[21]。结合区域构造演化特征，选取盆地东缘横切乌伦古坳陷的地震剖面[22]开展构造沉积演化分析。由图5可知，盆地东缘至少发育上三叠统底和下白垩统底两个大的不整合面，尽管白垩系顶面地震信息不清晰或缺失，但喀木斯特岩心柱清晰表明，白垩系与上覆粗粒沉积物(E-Q)呈明显不整合接触(图3)。结合三个大的不整合面及生长断层、超覆等构造指示信息可知，乌伦古坳陷经历了早中侏罗世弱伸展沉积期(J1-J2)、晚侏罗世挤压期(J3)，早白垩世均衡沉降期(K1)、晚白垩世挤压期(K2)和新生代前陆沉积期(N-Q)。

(1)早中侏罗世弱伸展沉积期。F2和F4断层两侧地层厚度出现了明显差异，为典型的同生断裂。图5中，早中侏罗世地层从陆梁隆起向乌伦古坳陷逐渐变厚，表现出伸展背景下东断西超的多级、多断裂坡折的半地堑特征。因此，早中侏罗世盆地以发育同生正断层为主，由于快速沉降，可容纳空间急剧增大，发育辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积体系；而中侏罗世末期，盆地沉降速度明显下降，地层坡度减小，可容纳空间变小，整体发育大规模的辫状河-曲流河沉积体系。

(2)晚侏罗世挤压期(J3)。受周缘块体调整影响，盆地南北缘右行走滑断裂发育，压扭作用导致盆地抬升，因此本期上侏罗统地层普遍缺失，在地震剖面上西山窑组地震轴出现明显削截(图5)。

图4 准噶尔盆地北部头屯河组下段沉积体系图(据参考文献[20])Figure 4 Sedimentary system of Toutunhe Formation lower member in northern Junggar Basin (after reference [20])

F1-乌伦古东断裂；F2-红盆断裂；F3-红盆南断裂； F4-喀拉萨依断裂；F5-斜坡带南断裂图5 乌伦古南斜坡带地震剖面构造解释图 (据参考文献[22])Figure 5 Ulungur south slope belt seismic section structural interpretation(after reference [22])

(3)均衡沉降期(K1-N)。早白垩世，拉萨板块与羌塘板块的碰撞的远程效应导致盆地一直处于挤压的构造背景中[23-26]，但总体显示为均匀沉降接受沉积的特征[27]，白垩系和新近系平稳超覆至两侧地层，填平补齐作用明显，可能为挤压背景下均衡沉降的陆内坳陷盆地。

(4)晚白垩世挤压期(K2)。Kohistan-Dras岛弧与拉萨地块的碰撞的远程效应[25]致使准噶尔盆地周边强烈挤压，构造出现反转并引起地层整体抬升，地震剖面整体呈现处平行层状反射特征，顶部出现了剥蚀特征。

(5)新近纪-第四纪前陆沉积期(E-Q)。新生代以来，印度板块与欧亚大陆板块碰撞[26]的远程效应导致天山快速隆升， 由南向北发育冲断推覆。在地震剖面上，断裂由早期的正断层转变为逆断层，地层变形强烈，沉降中心向北迁移。

总体而言，头屯河组沉积期后发生了强烈的构造抬升，在F5断裂附近曾剥蚀出露地表接受后生氧化流体的改造蚀变作用；另一方面，受喜山运动影响强烈，阿勒泰地块自北向南不断的推覆，底部出现滑脱层，早期的正断层转变为逆断层，喀拉萨依断裂活化发育，为后期含氧含铀水的排泄提供了良好通道。

4 成矿远景分析

中国地质调查局的铀矿勘查主要集中于乌伦古南斜坡带东段(卡拉麦里山北缘)。基于盆缘供铀的推断，核工业地质部门对卡拉麦里山北缘和青格里底山南缘均开展了大量的铀矿勘查和研究工作，认为准噶尔盆地北东部楔状区铀成矿类型为层间氧化带型，并推断了氧化还原前锋线位置[7](图6)。由图5可知，尽管所画的氧化还原前锋线呈蛇曲状沿卡拉麦里山北缘和青格里底山南缘展布，但铀矿化主要位于卡拉麦里山北缘，工业铀矿体在乌伦古南斜坡带中呈近东西向展布，而向北的青格里底山南缘铀矿化少见。

前文对乌伦古南斜坡带成矿目的层沉积特征和构造-沉积演化过程进行了详细论述，斜坡带具有辫状河砂体发育、目的层沉积期后剥蚀出露地表接受改造、补径排体系发育等有利成矿条件。综合斜坡带东段地层和铀矿化特征认为，氧化还原分带应大体呈近东西向，这表明喀木斯特外围向西的乌伦古南斜坡带的广大地区具有良好的找矿前景，而不是青格里底山南缘(图6)。这极大地拓展了准噶尔盆地东缘的铀矿找矿空间，解脱了东缘重点找矿区位于自然保护区的困境。

1-第四系；2-新近系；3-白垩系；4-侏罗系；5-三叠系；6-古生界；7-花岗岩；8-氧化还原前锋线；9-断裂； 10-见矿钻孔；11-卡拉麦里有蹄类自然保护区图6 乌伦古南斜坡带铀成矿远景预测(据参考文献[7]修改)Figure 6 Ulungur south slope belt uranium metallogenic prospect prediction (after reference [7] modified)

5 结论

乌伦古南斜坡带具有良好的砂体、构造演化和后期流体改造条件，铀成矿远景优良，下一步铀矿工作部署应以该斜坡带为重点，跳出卡拉麦里有蹄类自然保护区，逐步向西推进。